【摘 要】
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近年来,在“机器换人”的大趋势下,我国各类机器人市场迅速增长,国内机器人产业发展也取得了长足进步。作为机器人领域重要分支的移动搬运机器人在生产生活中扮演着越来越重要的角色,大大提高了生产生活效率。本文利用机器人相关知识,设计搭建了一款使用micro-ROS架构的移动机器人,并搭载Cartographer SLAM完成了在未知环境下对环境地图的构建。具体内容如下:（1）在PC端搭建了micro-RO
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近年来,在“机器换人”的大趋势下,我国各类机器人市场迅速增长,国内机器人产业发展也取得了长足进步。作为机器人领域重要分支的移动搬运机器人在生产生活中扮演着越来越重要的角色,大大提高了生产生活效率。本文利用机器人相关知识,设计搭建了一款使用micro-ROS架构的移动机器人,并搭载Cartographer SLAM完成了在未知环境下对环境地图的构建。具体内容如下:（1）在PC端搭建了micro-ROS的开发环境,并设计程序验证了microROS节点与ROS2的交互情况。根据机器人应用场景,选择了四轮运动结构的机器人并采用差速驱动控制运动。对移动机器人建模进行运动学分析。针对轮式里程计的缺点,引入IMU进行数据融合。最后对几种常见的环境地图的优缺点进行了分析。（2）完成机器人系统的整体搭建。将控制系统划分成三部分,分别对各部分的实现功能进行了归纳。对于硬件系统的搭建,根据各任务模块的需求对主控处理器、传感器、电机驱动板等硬件进行了选型。针对底层运动控制板进行了硬件电路设计,最后完成机器人系统的软件程序设计。在基于micro-ROS架构下可提供有线串口和无线网路的两种方式实现对机器人的控制。（3）介绍了SLAM问题模型和基于SLAM问题的求解算法。对栅格地图进行数学建模,利用数据集提供已知定位的情况下进行了建图实验。对主流的Gmapping算法和Cartographer算法进行算法分析并利用数据集仿真验证,最后基于同一数据集对两种算法进行对比,发现Cartographer算法构图更加精准,由此在基于micro-ROS架构的机器人系统下引入并实现了Cartographer算法。（4）首先对机器人的性能展开测试,主要包括机器人系统的通信测试、速度响应测试、直行精度测试、旋转精度测试和里程计定位测试。在Gazebo环境下搭建基于XACRO文件的机器人仿真模型和仿真环境,利用Cartographer算法进行建图,仿真建图效果良好。最后使用机器人实体对真实环境进行SLAM建图,通过地图特征点与图测值比较,得到了较高精度的地图。对CPU占用率进行了计算,验证了算法的高实时性。
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